非标准温度下的液体渗透检验分析与研究

葛宁 张波

（中核能源科技有限公司，北京 100089）

一、引言

液体渗透检验是检验设备表面缺陷的重要手段，而在进入冬季时，检验环境温度难免会低于标准规定最低检测温度（尤其在北方地区）。为保证检验结果的可靠性，各检测标准均对液体渗透检测环境温度作出了规定，这给现场液体渗透检验带来了极大的压力。为适应低温环境下的液体渗透检测需求，需研究在低于标准温度的环境下如何保证液体渗透检验结果的可靠性，从而提高工作效率。

二、温度影响渗透检验分析

（一）液体渗透检验对温度的要求

根据液体渗透检验灵敏度要求，国内外标准对液体渗透检验的温度进行了规定。JB/T4730.5-2005[1]标准要求在10℃-50℃的温度条件下进行检验；RCC-M 2000+2002 补遗[2]标准要求在液体渗透检验期间，受检焊缝、受检零件及所使用的物品温度范围应在10-50℃之间，当使用气雾显像剂，其温度应在20℃左右，用吹风、加热的方法干燥，并保证部件温度不得超过50℃的情况下，所要求温度范围的下限可降低到5℃；ASME 2010+增补[3]标准要求温度在10℃-52℃范围内，若温度低于10℃，渗透时间至少为10℃-52℃范围内时渗透时间的2 倍。从以上标准规定可知，正常情况下最低检测温度不得低于5℃。

（二）低温对渗透剂和显像剂的影响

渗透过程其本质是渗透液对被检物体表面开口缺陷的毛细作用，而显像过程是渗透液对显像剂形成的微小缝隙的毛细作用。液体的表面张力和粘度随温度升高而降低，反之就会增大，所以温度的变化对检验灵敏度有直接影响[4]，主要体现在以下几个方面：

1.对渗透剂的微观影响

运用分子运动和分子互相作用力来论述渗透材料的一些性质（如表面张力、润湿作用、毛细作用），由于物质是由分子构成，布朗运动和扩散现象都证实分子永不停息地无规则运动着，这种无规则运动与温度有关，温度越高，分子运动越激烈。温度影响分子热运动，进而影响液体的表面张力、粘度、溶解度等物理性能，这些均是影响渗透检验灵敏度的重要因素。

2.对渗透剂粘度的影响

合适的粘度有助于提高检验的灵敏度，粘度较大的渗透剂，渗透速度慢，且清洗困难，但是对于渗透剂在缺陷中保留有一定的好处，这对保证检验灵敏度是有利的。渗透剂的粘度大，表面张力就大，润湿工件程度低，对缺陷的渗透能力就差，使渗透剂很难甚至不能渗入表面开口缺陷，降低了渗透检验的灵敏度。

3.对渗透剂溶解度的影响

渗透剂的主要成分为苏丹红，128号烛红，223号烛红、刚果红和丙基红等，其中以苏丹Ⅳ（红）使用最为广泛，这种物质在丙酮中溶解度会随着温度的降低而降低，低温下会有部分溶质析出沉淀，使渗透溶液浓度降低，从而显像较淡，灵敏度降低。

4.对显像剂施加的影响

低温环境下施加（喷洒）过程中雾化效果差，很难在被检工件表面形成一层薄而均匀的覆盖膜，薄厚不均的覆盖层会造成渗透剂不能被吸附或者被吸附出来的渗透剂被厚厚的显像剂掩盖，从而降低灵敏度。

（三）低温对被检工件的影响

低温环境条件下，空气中的水蒸气遇冷，液化在工件表面容易形成水膜甚至结冰，被检工件表面的开口缺陷中有水或者冰，造成堵塞；根据热胀冷缩的原理，低温会使试件的表面缺陷的开口变窄，如果不采用相应的方法处理也会影响到渗透检验效果。

三、低温下渗透检验的工艺研究

（一）渗透材料的选择

低温环境下，需要选择合适的渗透检验材料，水基渗透材料较油基渗透材料受温度的影响较大，因此低温环境下尽量使用油基渗透材料。

（二）对比试验方法

采用铝合金试块（JB/T4730.5-2005[1]称之为A 型试块），通过某种加热的方式（不能损伤试块），使A 区试块处于标准温度下，B 区试块处于环境温度下，对A、B 区试块同时进行液体渗透试验，显像后对比A、B 区试块的裂纹显示结果，分析环境温度下的检验灵敏度。

（三）渗透工艺

1.渗透检验前对渗透剂和工件的升温

对于渗透剂的升温，采用45℃左右的热水浸泡，水温不可过高，防膨胀爆炸。对于工件的加温，若工件比较大，用氧乙炔加温比较快，特殊部件使用碘钨灯加热。工件加温后，温度不要太高，在20-40℃范围内为宜（否则造成渗透剂干在工件表面），施加渗透剂后随着工件表面的温度降低，一旦温度偏低的渗透液封闭缺陷开口，缺陷内气压下降，缺陷中的空气会收缩产生轻度负压，有助于渗透剂进入缺陷，从而提高检验灵敏度[5]。

另外，在渗透检验过程中，被检工件表面施加渗透剂后，还可以适当敲击工件，有利于缺陷中空气的排出，缺陷中空气以气泡的形式冒出液面会使缺陷中的气体反压强降低，渗透剂渗透作用会增强，敲击震荡是低温下提高渗透作用的有效途径。

2.干燥

低温下尽量使用溶剂去除渗透检验方法，这样在去除多于渗透剂后，由于被检表面的溶剂易挥发，再配以加热和擦拭等方法，可快速缩短被检表面的干燥时间，减少低温度环境对工件降温的影响。

（四）显像工艺

低温环境下显像剂喷涂不容易形成雾状分散，无法正常使用。可以将显像剂喷罐放在45℃左右的热水桶中进行加热，为了避免喷灌内部的显像剂凝结干涸，使用时需要将喷灌倒头喷几下，避免喷嘴堵塞。

显像过程中，适当延长观察时间，标准温度工作中，施加显像剂后，缺陷内部的渗透剂很快被吸附到表面，然而低温状态下渗透剂粘度较大，吸附时间增加，因此需要适当增加观察时间。

四、试验验证

（一）标准温度下，铝合金对比试块渗透试验

在标准温度下（环境温度15℃左右），渗透时间15min，显像时间10min，在铝合金试块上进行试验，A、B 区裂纹显示痕迹与厂家缺陷显示有效复制件对比，裂纹缺陷显示痕迹清晰，检验灵敏度符合要求。

（二）标准温度与低温下的对比试验

将A 区铝合金试块置于标准温度下，将B 区铝合金试块置于被检工件表面（环境温度≤5℃）。渗透时间15min，显像时间10min 后进行对比，A 区试块裂纹显示痕迹清晰明显，B 区试块裂纹显示效果较差。试验表明现场环境温度达不到渗透检验灵敏度标准要求，此种情况下不适合进行液体渗透检验。

（三）渗透检验工艺改进

采用45 左右℃的热水对渗透剂和显像剂进行加热，浸泡时间15min，同时对被检工件和标记B 的铝合金试块用大功率碘钨灯加热，用点温计测量被检工件表面温度，使温度保持在20～40℃之间。渗透时间15min，显像时间10min，再次用铝合金对比试块进行鉴定，结果发现A、B 区铝合金试块裂纹显示痕迹清晰，灵敏度满足检验要求。采用该工艺方法，发现的焊缝表面缺陷显示清晰可见，表明检验效果可靠。通过此种方法，在冬季环境温度低于标准温度的情况下，高效率、高质量地完成了各项液体渗透检验任务。

五、结论

通过本文研究可知，低温环境使液体渗透检验灵敏度下降，即发现缺陷的能力下降，制约液体渗透检验工作。在此种情况下，通过本文中所述方法对渗透工艺进行改进，即采用合理的加热方式，使渗透材料和工件温度升高至标准温度范围内，用铝合金对比试块进行对比试验，验证渗透检验灵敏度满足检测要求，确保液体渗透检验效果，为工程创造价值。